Peter Štacko a tavalyi kémiai Nobel-díjas kutatócsoport részeként publikált egy molekuláris motor fejlesztésével kapcsolatos kutatást.

vegyész

A jövőben Peter Štacko tudós meg akarja keresni az élő szervezetekben lévő molekulák aktiválásának és felszabadításának módját látható és infravörös fény segítségével. "A vörös és a közeli infravörös fény (600-1000 nm) néhány centiméteres mélységig behatolhat a szövetbe, ezért kiváló jelölt a nem invazív és egyúttal lokális terápiára is" - mondja Štacko fotokémikus.

Hogyan írná le röviden a molekuláris motort a Science cikkéből?

A molekuláris motor a Ben Fering csoportban kifejlesztett klasszikus molekuláris motoron alapul (Nobel-díjas 2016, szerk. Megjegyzés). Valójában egy kis molekula, amelynek két része bizonyos körülmények között egymás ellen foroghat. Mint a Fering műhely összes motorját, ezt is a fény hajtja. Mivel meg akartuk mutatni, hogy a molekulamotor elsődleges mozgását (forgását) át tudjuk vinni más komponensekre, módosítanunk kellett az eredeti tervet egy képzeletbeli penge hozzáadásával, amelyet naftalin képzett.

A Science-ben megjelent szlovák molekuláris motort fejlesztett ki a kémia Nobel-díjasával

Ami az említett molekulamotor energiaforrásaként szolgál?

Az elsődleges energiaforrás a fény, ebben az esetben az UVA fény. Egy motor forgásának ciklusa négy lépésből áll, kettőt fény (fotokémiai lépések) és kettőt hő (hőfok). A motort úgy alakították ki, hogy a helyiség hőmérséklete megfelelő legyen a termikus lépések lefutásához, azaz 25 fok körül alakuljon. A motor átlagosan egy fordulatot hajt végre 10 másodperc alatt.

Peter Stacko (1987)

fotokémikus. A brnói Masaryk Egyetemen folytatott tanulmányai után Hollandiába költözött, ahol molekuláris gépek és motorok fejlesztésén dolgozott a tavalyi kémiai Nobel-díjas Ben Fering csoportjában. Jelenleg olyan rendszerek kifejlesztésén dolgozik Csehországban, amelyek fénnyel történő besugárzást követően molekulákat szabadíthatnak fel a biológiai szövetekben. Júniusban kollégáival cikket tett közzé a rangos Science folyóiratban.

Új projekt volt vagy a meglévő kutatások folytatása?

Ez a projekt egy hasonló elképzelésen alapul, amelyet egy másik szerző diplomamunkájában találtam (Jos Kistemaker, szerk. Jegyzet). A motor két részének áttételes forgását akarta elérni - alapvetően két sebességfokozathoz hasonló mozgást. Ez az ötlet azonban végül nem működött. Munkájának olvasása közben felmerült bennem, hogy az ismereteket árapályzár formájában használhatjuk fel. Így több olyan jelölt molekulát rajzoltam, amelyek megbecsülik az ilyen mozgáshoz szükséges paramétereket, és szintetikusan rendelkezésre állnak. Ezután elhoztam őket Joshoz, hogy kvantum-kémiai számításokkal kiszámítsa, melyik lenne igazán megfelelő. Így jött létre a molekulánk, legalábbis papíron.

Molekuláris motor forgása

Véletlen-e az analógia a Hold Föld körüli pályájával, vagy inspirációs forrás volt-e a molekulák tervezése során?

A fő motiváció az új, összetettebb feladatok és funkciók folyamatos keresése a molekuláris gépek számára. A kulcs azonban az előző, sikertelen projekt inspirációja volt. Eredetileg úgy tekintettünk a rendszerünkre, mint egy lánckerék-hajtású láncra, ahol a lánc ugyanazon oldala mindig a lánckerék felé néz. Csak később - az olvasó jobb megértése érdekében - találtunk egy hasonlatot a Hold túlsó oldaláról.

Hogyan irányította a naftalin forgását?

Tisztában voltunk azzal, hogy az egyes folyamatok energiagátjainak, vagyis hogy mennyire könnyen futnak a mozgás során, meg kell felelniük bizonyos feltételeknek. Ez azt jelenti, hogy egyeseknek lényegesen gyorsabbnak vagy lassabbnak kell lenniük, mint mások, ugyanakkor nem lehetnek gyorsak vagy túl lassúak. Kezdetben egy kis kémiai érzésre volt szükség ahhoz, hogy előálljon az első jelöltekkel. Ezt követően kvantum-kémiai számításokkal optimalizáltuk őket. Eredeti hipotézisünk helyesnek bizonyult, és végül a molekula valóban pontosan úgy működött, ahogy kellene.

A funkcionális molekulák teljes szintézise általában nagyon hosszú ideig tart. Mennyi ideig tartott a végső vegyületek szintézise?

Meglepő módon az általános szintézis, valamint a kísérletek nem sok időt vettek igénybe, becslések szerint 4-5 hónapra. Valószínűleg ez volt a leghatékonyabb projekt, amin eddig dolgoztam. A legnehezebb egy eredeti és funkcionális ötlettel előállni, majd az egész projektet világosan megírni.

Cikkét beküldte az egyik legrangosabb tudományos folyóiratba. Írása különbözött más publikációitól?

Egy cikk írása a Science-ben egészen más, mint a szokásos cikkek. Úgy kell megírni, hogy még a nem vegyészek is megértsék, ami ebben az esetben nagyon nehéz volt - nem mindenkinek van ilyen térképzete. Ezért végre egyszerű animációkat kellett létrehoznunk. Pikoška, ​​amelyet el kell fednem Bennek (Fering, szerkesztő megjegyzése, laboratóriumvezető), az, hogy az elején elűzött minket a projekttől. Azt hitte, hogy nem fog menni. Végül újra beszélt velünk, hogy megpróbálhassuk elküldeni a Science-nek.

A molekulamotorja az egyik első lépés a funkcionális molekuláris gépek felé. Ez a kutatás azután is folytatódik, hogy kilép a Fering Csoportból?

Bár már nem vagyok tagja Ben csoportjának, meg vagyok győződve arról, hogy ez a projekt folytatódik. Ez egy másik példa arra, hogy a molekuláris alapú nanogépek még igényesebb multi-motion funkciókat is képesek ellátni. Manapság nem elég egy molekula egyszerű mozgását vagy működését bemutatni. A nanotechnológia előrelépése érdekében elengedhetetlen, hogy olyan kifinomultabb terveket állítsunk elő, amelyek versenyre kelhetnek a természetben látottakkal.

Fotokémikusként kezdte a karrierjét. Mi motiválta Önt, hogy csatlakozzon Ben Fering csoporthoz, és változtasson a fókuszon?

Nem változtattam teljesen, inkább azt mondanám, hogy tovább bővültem. Feringa fotokémiát is végez. Mester tanulmányaim alatt Prágában láttam az előadását, és nagyon izgatott voltam. Egyike volt azoknak, akiket írtam, amikor el akartam menni az Erasmus programra. Leírt és végül sikerült. Szóval nekem is nagy szerencsém volt. Lenyűgözött az ötlet, hogy a fotokémiát egyesítsem más tudományágakkal, mint például a szupramolekuláris kémia, a felületi kémia és hasonlók. Az Erasmus elvégzése után Ben határozottan meggyőzött, hogy maradjak nála doktori fokozaton. Eredetileg az Egyesült Államokba akartam menni tanulni, de nem kaptam meg a Fulbright ösztöndíjat, amelyre kértem, ezért vele kötöttem ki.

Ben Feringnél jól teljesítettél?

Főnökként Ben nagyon barátságos, agglegény hallgatókkal. Úgy megy dolgozni, mint egy igazi holland, naponta 14 kilométert kerékpárral, és haza is, akár havazik, akár esik az eső. Azonban nagyon forgalmas, voltak olyan időszakok az évben, amikor több hónapig nem láttuk egyszerre. A csoportjában végzett munka ezért óriási adag függetlenséget és saját ötleteket igényel. Legtöbbjük közvetlenül közvetlenül a tanítványai fejéből származik, vagy jelentősen módosítania kell elsődleges elképzelését, és be kell fejeznie a végső változatban. Ez azonban tökéletesen motiválhatja az embereket és felkészítheti őket a lehető legjobb körülményekre. Ő valójában a menedzserünk.

A doktori fokozat elvégzése után Csehországba tartott. Tervezi, hogy továbbra is a szupramolekuláris kémiára koncentrál, vagy van valami új a keresőben?

Néhány hónappal ezelőtt kaptam egy támogatást, amelynek célja a külföldi tudósok vonzása volt - a SoMoPro. Ez egy kiváló projekt, amelyet a dél-morva régió és az EU közösen szervezett a Marie Curie program égisze alatt. A következő három évben tehát az élő organizmusokban lévő molekulák aktiválásának és felszabadításának lehetőségeit keresem látható és infravörös fény segítségével. A vörös és a közeli infravörös fény (600–1000 nm) több centiméteres mélységig behatolhat a szöveten, ezért kiváló jelölt a nem invazív és lokális terápiában. Eddig van néhány pozitív eredményünk a testben jelzőmolekulaként funkcionáló kismolekulák (CO, H2S) felszabadulásával kapcsolatban. Van azonban ötletünk nagyobb molekulák, például gyógyszerek felszabadítására. Hiszem, hogy végre sikerrel fogunk járni. Úgy gondolom, hogy egy ilyen rendszer nagy előny lenne, mert az ipar még mindig gyerekcipőben jár. A gyógyszerek közvetlen felszabadulásának módjai egy közeli infravörös fénnyel megszámlálhatók az egyik kéz ujjain, és mindegyiknek vannak hátrányai.